基于改进RPG方法的MUAVs协同目标跟踪

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaMay252016V01．37No．51644—1656ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．educn基于改进RPG方法的MUAVs协同目标跟踪赵长春，梁浩全，祝明*，武哲，娄文杰北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083摘要：多无人机(MUAVs)协同Standoff目标跟踪制导律由保持距离的横侧向制导律和保持相对相位角的纵向制导律组成。无人

2、机(UAV)进行Standoff目标跟踪的横侧向制导律采用参考点制导(RPG)方法。针对UAV在基于RPG方法的制导律下存在参考视线与相对速度力向夹角需要保持为锐角、转弯速率在UAV运动方向远离目标情况下太小的不足，提出了改进RPG方法。设计了基于改进RPG方法的MUAVs协同Standoff目标跟踪横侧向制导律和纵向制导律，分析了制导律的稳定性和收敛性，并验证了改进方法的可行性。采用原始RPG方法和改进RPG方法对UAV分别跟踪静止目标和跟踪运动目标进行仿真的结果表明，uAV处于任意初始位置及飞行方向都

3、能快速进入到期望飞行轨迹，应用改进RPG方法可使UAV围绕目标顺时针飞行或者逆时针飞行，验证了改进RPG方法比原始RPG方法的效率更高。关键词：多无人机；Standoff跟踪；制导；协同；目标跟踪中图分类号：V249；TP391文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)05—164413无人机(UAV)具有安全性及经济性等特点，随着计算机技术及通信技术的飞速发展，与其相关的技术水平得到很大程度的提升，应用领域也越来越广泛。无人机用于区域目标搜索，可以大面积搜寻特定目标，减少人力劳动，提高搜索效

4、率[1j；无人机用于特定目标跟踪，可以跟随目标运动，实现对目标持续观测瞳3；无人机用于中继通信和构建通信网络，其携带的通信设备可以扩大通信覆盖范围，实现远距离通信[3]。此外，无人机被广泛用于航拍、环境监测、地理测绘和森林防火等领域。多无人机(MUAVs)协同执行复杂任务时具有成功率高和效率高等特点，因此受到众多研究者的广泛关注。目标的威胁性以及机载传感器的观测效果等因素决定了无人机与目标之间需要保持一定的距离，并由此产生了Standoff目标跟踪问题。Standoff目标跟踪是指UAV与目标保持指定距离

5、，以指定速度和高度围绕目标做圆周徘徊飞行n。5]。Standoff目标跟踪方法既降低了机载传感器的观测能力要求，又可以避免UAV进入目标威胁范围。当MUAVs之间通过配置观测位置以及相互信息交换实现目标信息状态一致时，可实现协同Standoff目标跟踪，达到最佳的目标观测及跟踪效果。MUAVs协同Standoff目标跟踪控制设计包括距离保持控制律设计和相位协同控制律设计。文献[6]采用Lyapunov向量场(LyapunovVec—torFields，LVF)方法，实现了MUAVs围绕静止目标保持指定距离

6、进行盘旋飞行。由于多数目标处于运动状态，需要考虑目标运动对跟踪算法的收稿日期：2015—07-10；退修日期：2015—09-10；录用日期：2015—10—30；网络出版时间：2015—11—0316：33网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／11．1929．V．20151103．1633．004．html基金项目：中国博士后科学基金(2014M560877)*通讯作者．Tel：010-82339250E-mail：zhuming@buaa．edu．cn引撩格武；赵长春．梁浩垒．

7、祝哟，等。基f改进RPG方法的MUAVs协同目标跟踪￡J]航空学摄．2016．37(5)11644．1656ZHAOC0，LIANGHQ，ZHUM，eta1．MUAVscoordinatedstandofftargettrackingbyimprovedRPGmethodEJ]．ActaAeronauticaetAs—tronauticaSinica，2016，37(5)：1644—1656．赵长春，等：基于改进RPG方法的MUAVs协同目标跟踪影响。针对目标运动规律具有不确定性，文献[7]将随机估计过程

8、协方差矩阵用于不确定性运动目标状态估计，再将跟踪圆形轨迹的LVF方法转化为跟踪椭圆形轨道的LVF方法，以实现不确定性目标的Standoff跟踪。为了达到更好的运动目标跟踪效果，需要对目标运动状态进行估计和预测。文献[8—9]采用无迹信息滤波(UnscentedIn—formationFilter，UIF)方法对目标运动状态进行估计和预测，将目标速度用于修正LVF方法所计算的无人机期望速度，实现运动目标Standoff跟踪。文献